現(xiàn)代電機(jī)結(jié)課報(bào)告論文-基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和有限時(shí)間控制的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制(已修改)
2025-01-30 23:28 本頁(yè)面
【正文】 《現(xiàn)代電機(jī)結(jié)課報(bào)告》姓 名：學(xué) 號(hào)：年 級(jí)：學(xué)科專業(yè)：二級(jí)院系：日 期：教師評(píng)定： 綜合評(píng)定成績(jī)： 任課教師簽字： 基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和有限時(shí)間控制的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制摘要: 對(duì)感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中存在的干擾，本文結(jié)合擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)和有限時(shí)間控制(FTC)提出一種復(fù)合控制方法來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。首先采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器估算系統(tǒng)的擾動(dòng)，用此觀測(cè)值作為前饋量補(bǔ)償?shù)捷斎攵耍蝗缓筮\(yùn)用連續(xù)有限時(shí)間控制方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)前向通道中的反饋控制器。文中對(duì)控制器的穩(wěn)定性進(jìn)行了證明。與傳統(tǒng)的PI控制以及P+ESO控制方法進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，驗(yàn)證了方法的有效性。關(guān)鍵詞: 感應(yīng)電機(jī)。 直接轉(zhuǎn)矩控制。 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器。 有限時(shí)間控制1 引言感應(yīng)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、使用高效、便于操作以及堅(jiān)固耐用等特點(diǎn),在現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。高性能的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用矢量控制[1]或直接轉(zhuǎn)矩控制[2–3]。與矢量控制通過(guò)轉(zhuǎn)子磁鏈定向和復(fù)雜的坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦控制思想不同,直接轉(zhuǎn)矩控制采用定子磁場(chǎng)定向,借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié),直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制,以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能,其因控制簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速,而受到了學(xué)者們的廣泛的關(guān)注[4]。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中,感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中總存在許多干擾,包括: 摩擦力、負(fù)載變化和未建模動(dòng)態(tài)等。如果控制器沒(méi)有足夠能力消除這些干擾的影響,就會(huì)造成系統(tǒng)性能的下降。雖然傳統(tǒng)基于反饋控制的方法,如PID控制,可以最終抑制擾動(dòng),但是這些反饋方法不能直接對(duì)擾動(dòng)快速地起作用[5]。有兩種途徑提高感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩閉環(huán)系統(tǒng)的抗干擾能力。一種是從反饋控制的角度: 這方面一種有效的方法就是滑?？刂?sliding mode control, SMC),文獻(xiàn)[6]采用滑模變結(jié)構(gòu)控制器控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩,其優(yōu)點(diǎn)是:收斂快, 魯棒性強(qiáng)；缺點(diǎn)是:容易產(chǎn)生抖顫。而連續(xù)有限時(shí)間控制(FTC)[7]是介于PID控制與SMC控制之間的一種控制方法。與傳統(tǒng)的漸近穩(wěn)定系統(tǒng)比較,有限時(shí)間穩(wěn)定系統(tǒng)具有:1)系統(tǒng)在平衡點(diǎn)具有更好的收斂性能,2)系統(tǒng)具有更好的抗干擾性能,3)不抖顫的優(yōu)點(diǎn)[8–9]。由于以上3個(gè)特征,近年來(lái)有限時(shí)間控制設(shè)計(jì)問(wèn)題得到了廣泛的研究。另一種從前饋補(bǔ)償角度,由于感應(yīng)電機(jī)的干擾不能測(cè)量,可以采用觀測(cè)器直接將干擾觀測(cè)出來(lái),進(jìn)行前饋補(bǔ)償。其中擾動(dòng)觀測(cè)器(disturbance observer, DOB)[10]和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(extended state observer, ESO)在交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用頗受關(guān)注。DOB基本思想是將外部力矩干擾及模型參數(shù)變化造成的實(shí)際對(duì)象與名義模型輸出的誤差等效到控制輸入端。在控制中引入相應(yīng)的補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的抑制。目前已應(yīng)用于機(jī)器人控制、硬盤驅(qū)動(dòng)、電機(jī)伺服控制、導(dǎo)彈控制等運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)將系統(tǒng)的不確定項(xiàng)和外界干擾一起當(dāng)作系統(tǒng)的總擾動(dòng),作為一個(gè)新的狀態(tài)變量。通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算,該觀測(cè)器能夠同時(shí)估算出系統(tǒng)狀態(tài)和擾動(dòng),然后
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